兰科根茎兰属(Galearis Rafin.)的系统学研究

根茎兰属为兰科中的一个小属, 主要分布于东亚地区, 仅有一个种Galearis spectabilis L.见于北美。根茎兰属为Rafinesque (1833) 基于产自北美的兰亚族Orchis 的一个种Orchis spectabiltis L.建立的。该属具肉质, 匍匐的根状茎, 粘盘包裹于一个明显的粘囊中而与Orchis 及其邻近属明显区分开来。根状茎是划分本属属级单位的重要性状之一。然迄今为止, 对根茎兰属及其邻近属所具有的根状茎在兰亚族中的系统学意义尚未进行过详细的研究。对于根茎兰属除根状茎之外的其它性状以及花的结构亦未有详细全面的研究。细胞学方面本属虽然已有部分种类报道过染色体数目, 然尚不全面。鉴于上述背景,本研究制定了以下目的: (1) 深入了解根茎兰属根状茎以及其它重要性状, 重点了解本属主要器官的结构与性状, 尤其关注粘囊的数目, 柱头的结构: (2) 在不同层次, 用不同方法研究根茎兰属及其邻近属不同分类性状的系统学意义, 力求建立根茎兰属内自然的系统。本文通过对根茎兰属及其部分邻近属植物的形态性状、花发育形态、花粉形态学、种子形态学、细胞学及植物地理研究, 确认了根茎兰属的独立地位并对该属进行了分类学修订。结果如下: 1. 形态性状分析 在查阅国内外馆藏标本及野外居群观察的基础上, 对根茎兰属及部分邻近属的形态性状进行了详细地比较分析, 重新评价了各性状的分类学价值, 认为根状茎, 粘囊及柱头结构对于根茎兰属及邻近属的划分具有重要的系统学意义; 叶片数目、唇瓣形状、距的形状及长短对属下分类有一定的意义; 叶的形状与大小、花色、花被片上斑点多少(斑唇根茎兰除外)有无等特征在种内变化较大, 不宜作为种的划分依据, 至少不能作为主要的或唯一的依据。 2. 合蕊柱结构及花部形态发生 根茎兰属植物合蕊柱结构解剖及花器官扫描电镜观察显示: 所观察材料的除二叶根茎兰柱头为2 部分组成, 柱头侧裂片舌状远伸出于蕊喙下凹穴之外, 其余种类柱头皆为3 部分组成, 柱头侧裂片皆垫状加厚, 位于蕊喙下凹穴之内; 粘囊数目除黄龙根茎兰为两个, 明显分开, 分居蕊柱两侧之外, 其余种粘囊皆为1 个。本研究结果不支持Aceratorchis 及Aorchis 划分为属级单位的观点。本研究结果认为黄龙根茎兰可能是根茎兰属与具根状茎的舌唇兰属植物间的一个过渡类型, 但二叶根茎兰的系统位置却难以确定。 3. 花粉形态学 扫描电镜下观察了根茎兰属及其邻近属5 个属19 种23 个样品。结果共观察到8 类花粉表面纹饰: 光滑微糙、光滑皱褶、光滑具不规则的浅凹穴、具皱褶的、光滑穿孔、疣状的、网状异型网胞、棒状具基柱的, 其中光滑具不规则的浅凹穴的为新发现的一种类型。研究发现花粉表面纹饰在属间及属内表现出极明显的差异, 对研究属下类群及属间关系具有重要的系统学意义, 而花粉小块的形态及大小不具有划分种的分类学意义。比较具根状茎的植物与具块茎的植物花粉表面纹饰发现, 前者纹饰较为简单相似, 主要表现为光滑皱褶的及疣状的, 后者纹饰复杂变异很大, 主要为网状异型网胞的、网状的或棒状具基柱的。共观察到根茎兰属内5 种花粉表面纹饰: 光滑微糙, 光滑皱褶, 光滑具不规则的浅凹穴, 疣状的及网状异型网胞。多样的纹饰说明根茎兰属与舌唇兰属、尖药兰属甚至Ponerorchis 、舌喙兰属可能有较近的关系。 4. 种子形态学 在体式镜及扫描电镜下观察了根茎兰属及其邻近属6 个属9 种的植物种子的形态及种子表面微形态特征。结果显示:所有观察材料的种子形态属于Orchis 型。种子大小、种子长宽比率及种皮表面纹饰存在较大的属间差异, 可应用在属间界定及关系判别上。根茎兰属种子大小及长宽比率处于蜻蜓兰属、角盘兰属及舌唇兰属、兜被兰属之间, 可与此4 属清楚区分开来, 但正如Tohda 所述, 本研究亦发现根茎兰属与Ponerorchis 难以区分开。种皮纹饰在根茎兰属亦存在种间差异。本研究结果显示种子形态可能与其相应的地理来源有关。但本研究不支持将根茎兰属归并入广义红门兰属中的处理。 5. 细胞学资料 本文共研究了根茎兰属5 种植物的染色体数目、静止核和有丝分裂前期的染色体形态, 其中4 种是首次报道, 3 种植物的染色体数目为2n = 42, 1 种植物的染色体数目为2n=63, 70。所有观察材料间期染色体形态皆为介于简单染色中心型及复杂染色中心型的中间类型。 6. 分类修订 在应用上述性状分析结果、解剖大量泡花及查阅国内外大量标本的基础上, 重新划定了根茎兰属的概念, 包括新性状的补充, 对该属植物进行了系统的分类修订。确定了根茎兰属目前包括7 种, 其中发现一个新种黄龙根茎兰, 该新种与卵唇根茎兰及二叶根茎兰近缘, 与二者之区别在于具明显分开的粘囊及柱头侧裂片短舌状; 作出2 个新组合。另描述了每个种的性状特征、变异情况、地理分布、生态生境、相关的分类学处理及其与近缘种的关系。